연소 개념 학습에서 변칙 사례에 의한 인지 갈등 및 상황 흥미가 개념 변화 과정에 미치는 영향 The Influences of Cognitive Conflict and Situational Interest by a Discrepant Event on the Conceptual Change Process in Learning the Concept of Combustion원문보기
이 연구에서는 연소 개념 학습에서 변칙 사례의 역할을 인지적 동기적 측면에서 조사했다. 중학교 2학년 학생 433명을 대상으로 선개념 검사와 변칙 사례에 대한 반응 검사, 상황 흥미 검사를 실시했다. 연소 개념 학습을 실시한 후, 사후 검사로 주의집중, 노력, 개념 이해도 검사를 실시했다. 목표 오개념을 지닌 것으로 판별된 208명의 응답을 분석한 결과, 거부와 배제 반응의 비율은 밀도에 대한 선행연구의 결과와 비교하여 상대적으로 높은 반면, 신념 변화 반응의 비율은 낮은 것으로 나타났다. 경로 분석 결과, 대안 가설 제시 후의 상황 흥미가 직접적으로 또는 주의집중과 노력을 매개로 개념 이해도에 영향을 주는 것으로 나타났다. 변칙 사례에 의해 유발된 상황 흥미는 대안 가설 제시 후의 인지 갈등에 직접적으로 영향을 미치기도 했다.
이 연구에서는 연소 개념 학습에서 변칙 사례의 역할을 인지적 동기적 측면에서 조사했다. 중학교 2학년 학생 433명을 대상으로 선개념 검사와 변칙 사례에 대한 반응 검사, 상황 흥미 검사를 실시했다. 연소 개념 학습을 실시한 후, 사후 검사로 주의집중, 노력, 개념 이해도 검사를 실시했다. 목표 오개념을 지닌 것으로 판별된 208명의 응답을 분석한 결과, 거부와 배제 반응의 비율은 밀도에 대한 선행연구의 결과와 비교하여 상대적으로 높은 반면, 신념 변화 반응의 비율은 낮은 것으로 나타났다. 경로 분석 결과, 대안 가설 제시 후의 상황 흥미가 직접적으로 또는 주의집중과 노력을 매개로 개념 이해도에 영향을 주는 것으로 나타났다. 변칙 사례에 의해 유발된 상황 흥미는 대안 가설 제시 후의 인지 갈등에 직접적으로 영향을 미치기도 했다.
In this study, we investigated the role of a discrepant event from both cognitive and motivational perspectives in learning the concept of combustion. A preconception test, a test of response to a discrepant event, and a situational interest questionnaire were administered to 433 eighth graders. Aft...
In this study, we investigated the role of a discrepant event from both cognitive and motivational perspectives in learning the concept of combustion. A preconception test, a test of response to a discrepant event, and a situational interest questionnaire were administered to 433 eighth graders. After learning the concept of combustion, the tests of attention, effort, and conceptual understanding were administered as post-tests. The reponses of 208 students who had been found to possess the target misconception were analyzed. The percentages of rejection and exclusion responses were relatively high compared to the previous studies about density concept, whereas a proportion of belief change was low. The results of the path analysis indicated that situational interest after presenting an alternative hypothesis had a direct effect and an indirect effect via attention and effort on conceptual understanding. Situational interest induced by a discrepant event directly influenced cognitive conflict after presenting an alternative hypothesis.
In this study, we investigated the role of a discrepant event from both cognitive and motivational perspectives in learning the concept of combustion. A preconception test, a test of response to a discrepant event, and a situational interest questionnaire were administered to 433 eighth graders. After learning the concept of combustion, the tests of attention, effort, and conceptual understanding were administered as post-tests. The reponses of 208 students who had been found to possess the target misconception were analyzed. The percentages of rejection and exclusion responses were relatively high compared to the previous studies about density concept, whereas a proportion of belief change was low. The results of the path analysis indicated that situational interest after presenting an alternative hypothesis had a direct effect and an indirect effect via attention and effort on conceptual understanding. Situational interest induced by a discrepant event directly influenced cognitive conflict after presenting an alternative hypothesis.
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문제 정의
이 연구에서는 연소 개념을 대상으로 변칙 사례에 의한 인지 갈등과 상황 흥미, 그리고 학습 과정에서의주의집중과 노력이 개념 이해도에 미치는 영향을 조사 했다. 연소 개념의 경우, 밀도 개념에 비해 변칙 사례를 제시하더라도 인지 갈등이 잘 유발되지 않는 것으로 나타났다.
가설 설정
따라서 연소 개념에 대한 학습자의 다양한 선개념 중, 이 연구에서 과학적 개념으로 변화되기를 기대하는 학습자의 선개념인 목표 오개념(target misconception)을 ‘물질이 타면 무엇인가 빠져나가므로 가벼워진다’로 정하였다.
제안 방법
변칙 사례에 대한 학생들의 응답은 Kang et al.(2004)의 연구를 바탕으로 하여, 변칙 사례의 타당성 인정 여부, 변칙 사례와 초기 이론 사이의 불일치성 인정 여부, 초기 이론에 대한 신념의 변화 정도를 기준으로 거부, 배제, 재해석, 판단불가, 주변 신념 변화, 신념 감소, 신념 변화의 7가지 유형으로 분류했다. 또한 이 연구에서는 Kang et al.
개념 학습 과정에서의 주의집중 정도를 측정하기 위해 주의집중 검사를 실시했다. 이 검사는 Keller(1993)가 개발한 Instructional Materials Motivation Survey 중 주의집중(attention) 영역 12문항을 번역하여 사용했고, 5단계 리커트 척도로 구성되어 있다.
과학 교사 2인과 과학교육 전문가 2인에게 학습지의 타당도를 검증받았고, 2번의 예비 연구를 통해 학생들의 이해도를 점검하고 내용을 수정했다. 개념 학습이 끝난 후, 주의집중 검사, 노력 검사, 개념 이해도 검사를 실시했다.
경로 모형의 적합도는 χ2(Chi-Square), AGFI(Adjusted Goodness-of-Fit Index), CFI(Comparative Fit Index), NFI(Normed Fit Index), RMSEA(Root-Mean-Square Error of Approximation) 등의 적합도 지수를 통해 평가했다.
학습지는 연소가 물질이 산소와 결합하는 화학 반응의 일종이며, 여러 가지 연소 상황에서 연소 전·후의 질량이 보존된다는 내용으로 구성했다. 과학 교사 2인과 과학교육 전문가 2인에게 학습지의 타당도를 검증받았고, 2번의 예비 연구를 통해 학생들의 이해도를 점검하고 내용을 수정했다. 개념 학습이 끝난 후, 주의집중 검사, 노력 검사, 개념 이해도 검사를 실시했다.
그리고 이 변인들이 개념 이해도에 직·간접적으로 영향을 미친다고 가정하고 경로 분석(path analysis)을 통해 변인들 사이의 인과 모형을 조사했다.
대안 가설의 내용은 ‘마그네슘 연소 시 공기가 줄어든다’는 실험 결과를 바탕으로 ‘연소는 물질이 공기와 결합하는 것’이라는 연소 개념의 요소를 중학생이 제안하는 방식으로 구성했다.
반응 조사부에서는 변칙 사례의 타당성 인정 여부, 초기 이론과 변칙 사례 사이의 불일치성 인정 여부, 초기 이론에 대한 신념의 변화 정도를 표시하고 각각의 이유를 기술하게 했다. 또한, 대안 가설을 제시한 후, 변칙 사례에 대한 반응을 다시 조사했다. 대안 가설의 내용은 ‘마그네슘 연소 시 공기가 줄어든다’는 실험 결과를 바탕으로 ‘연소는 물질이 공기와 결합하는 것’이라는 연소 개념의 요소를 중학생이 제안하는 방식으로 구성했다.
연소에 대한 학생들의 개념을 조사하기 위해 선개념 검사를 실시했고, 변칙 사례를 제시한 후에 변칙 사례에 대한 반응 검사와 상황 흥미 검사를 실시했다. 또한, 대안가설을 제시한 후, 변칙 사례에 대한 반응 검사와 상황 흥미 검사를 한 번 더 실시했다. 이후 학생들은 연소 개념에 대해 약 15분 동안 학습했다.
개념 이해도 검사의 각 문항에서 과학적 개념은 2점, 불완전한 개념은 1점, 비과학적 개념은 0점으로 채점했다. 반응 유형 분류와 개념 이해도 검사 채점에서는 분석자 2인의 일치도가 95% 이상임을 확인한 후, 분석자 중 1인이 반응 유형 분류와 개념 이해도 검사 채점을 실시했다.
변인들 간의 관계를 조사하기 위해 상관 분석을 실시했고, 상관 분석 결과와 관련 선행 연구 결과를 토대로, 각 변인들이 다른 변인들에게 영향을 미칠 가능성을 나타내는 화살표를 포함하여 Fig. 1과 같이 이론적 모형을 설정한 후, 경로 분석을 실시했다. AMOS 5.
초기 이론 제시부에서는 ‘종이가 연소하면 타는 물질이 없어져 질량이 감소하듯이, 모든 물질은 연소되면서 그 물질의 일부가 없어진다’는 주장을 제시하고, 이 주장에 대한 동의 여부를 조사하여 학생들이 목표 오개념을 갖고 있는지 확인했다. 변칙 사례 제시부에서는 초기 이론과 일치하지 않는 마그네슘 연소 실험의 결과를 제시했는데, 학생들에게 동일한 상황을 제공하기 위해 읽기 자료의 형식을 이용했다. 반응 조사부에서는 변칙 사례의 타당성 인정 여부, 초기 이론과 변칙 사례 사이의 불일치성 인정 여부, 초기 이론에 대한 신념의 변화 정도를 표시하고 각각의 이유를 기술하게 했다.
변칙 사례에 대한 학생들의 응답을 분석하여, 거부, 배제, 재해석, 판단불가, 주변 신념 변화, 신념 감소, 신념 변화의 7가지 반응 유형으로 분류했다. 그 결과, 대안 가설을 제시하기 전·후에 변칙 사례에 대한 거부 반응은 34.
상황 흥미 검사는 Melbourne Curiosity Inventory(Naylor, 1981)의 C-State form 20문항을 변칙 사례와 대안 가설을 제시한 후의 상황에 맞도록 각각 번역 수정하고, 과학 교사 2인과 과학교육 전문가 2인의 검토를 거쳐 사용했다. 이 검사는 5단계 리커트 척도로 구성되어 있다.
이후 학생들은 연소 개념에 대해 약 15분 동안 학습했다. 연소 개념 학습은 학습 환경이나 교사에 의한 차이를 통제하기 위해 3쪽 분량의 학습지를 이용한 개별 학습으로 이루어졌다. 학습지는 연소가 물질이 산소와 결합하는 화학 반응의 일종이며, 여러 가지 연소 상황에서 연소 전·후의 질량이 보존된다는 내용으로 구성했다.
학생들은 초등학교 6학년 ‘연소와 소화’ 단원에서 연소 시 나타나는 현상과 연소의 조건에 대해서 학습했지만, 물질이 산소와 결합하는 화학 반응이 연소이며 연소 전·후에 질량이 보존된다는 사실은 아직 학습하지 않은 상태였다. 연소에 대한 학생들의 개념을 조사하기 위해 선개념 검사를 실시했고, 변칙 사례를 제시한 후에 변칙 사례에 대한 반응 검사와 상황 흥미 검사를 실시했다. 또한, 대안가설을 제시한 후, 변칙 사례에 대한 반응 검사와 상황 흥미 검사를 한 번 더 실시했다.
따라서 개념 학습 과정에서 변칙 사례가 담당하는 역할을 인지적 요소와 동기적 요소로 구분하여 결론을 내리기 위해서는, 대안 가설을 도입한 상황에서 변칙 사례에 의해 유발된 인지 갈등이나 흥미가 개념 변화에 미치는 영향을 여러 개념을 대상으로 하여 반복적으로 조사할 필요가 있다. 이에 이 연구에서는 선행 연구에서와 다른 개념인 연소 개념을 대상으로, 변칙 사례에 의한 인지 갈등과 상황 흥미, 학습 과정에서 개념이해에 영향을 줄 수 있다고 알려진 주의집중과 노력(강훈식 등, 2007a) 및 개념 이해도를 측정했다. 그리고 이 변인들이 개념 이해도에 직·간접적으로 영향을 미친다고 가정하고 경로 분석(path analysis)을 통해 변인들 사이의 인과 모형을 조사했다.
대상 데이터
연구 대상 학생 433명 중, 선개념 검사에 대한 응답에서 목표 오개념인 ‘타면 무엇인가 빠져나가므로, 종이가 타고 난 재의 질량은 종이의 질량보다 작다’는 생각을 보이고, ‘모든 물질은 연소하면 그 물질의 일부가 없어진다’는 초기 이론에도 동의한 208명의 학생을 대상으로 결과를 분석했다.
이 연구는 서울시 소재의 2개 남녀공학 중학교 2학년 학생 433명을 대상으로 했다. 학생들은 초등학교 6학년 ‘연소와 소화’ 단원에서 연소 시 나타나는 현상과 연소의 조건에 대해서 학습했지만, 물질이 산소와 결합하는 화학 반응이 연소이며 연소 전·후에 질량이 보존된다는 사실은 아직 학습하지 않은 상태였다.
이론/모형
1과 같이 이론적 모형을 설정한 후, 경로 분석을 실시했다. AMOS 5.0 통계 프로그램을 사용한 경로 분석에서의 계수 추정 방법으로는 최대우도법(maximum likelihood method)을 사용했다. 경로 모형의 적합도는 χ2(Chi-Square), AGFI(Adjusted Goodness-of-Fit Index), CFI(Comparative Fit Index), NFI(Normed Fit Index), RMSEA(Root-Mean-Square Error of Approximation) 등의 적합도 지수를 통해 평가했다.
노력 검사는 개념 학습 과정에 들이는 노력의 정도를 측정하기 위해 Malpass(1994)의 State Effort Scale 6문항을 번역하여 사용했고, 5단계 리커트 척도로 구성했다. 이 연구에서의 내적 신뢰도(Cronbach's α)는 .
변칙 사례에 대한 반응 검사는 선행연구(강훈식 등, 2007b)를 참고하여 초기 이론 제시부, 변칙 사례 제시부, 반응 조사부의 3부분으로 구성했다. 초기 이론 제시부에서는 ‘종이가 연소하면 타는 물질이 없어져 질량이 감소하듯이, 모든 물질은 연소되면서 그 물질의 일부가 없어진다’는 주장을 제시하고, 이 주장에 대한 동의 여부를 조사하여 학생들이 목표 오개념을 갖고 있는지 확인했다.
개념 학습 과정에서의 주의집중 정도를 측정하기 위해 주의집중 검사를 실시했다. 이 검사는 Keller(1993)가 개발한 Instructional Materials Motivation Survey 중 주의집중(attention) 영역 12문항을 번역하여 사용했고, 5단계 리커트 척도로 구성되어 있다. 이 연구에서의 내적 신뢰도(Cronbach's α)는 .
성능/효과
검사는 4문항으로 이루어져 있으며, 모든 문항은 주어진 3-4개의 답지 중 하나를 선택하고 그 이유를 기술하는 방식으로 구성되어 있다. 2번의 예비 검사를 거쳐 내용을 수정하고 난이도를 조정했으며, 과학 교사 2인과 과학교육 전문가 2인에게 타당도를 검증받았다. 이 연구에서의 내적 신뢰도(Cronbach's α)는 .
각 검사 점수들의 평균 및 표준 편차는 Table 1에 제시했고, 각 변인들 간의 상관 분석 결과는 Table 2와 같다. CC-1과 CC-2 점수의 평균은 .89와 1.25로, 대안가설을 제시한 후의 인지 갈등 정도가 더 높았다. CC-1은 CC-2와 유의미한 상관관계가 있었으나 다른 변인들과의 상관관계는 유의미하지 않았다.
그 결과, 대안 가설을 제시하기 전·후에 변칙 사례에 대한 거부 반응은 34.1%와 24.5%, 배제 반응은 17.8%와 14.9%의 비율을 차지했다.
마지막으로 밀도 개념을 대상으로 한 선행연구의 결과와 비교했을 때, 연소 개념을 다룬 이 연구에서 인지 갈등이 매우 적게 유발되었고, 결과적으로 변칙 사례에 의해 유발된 상황 흥미의 역할이 크게 나타났다. 이는 개념의 수준이나 종류에 따라 변칙 사례의 역할이나 효과가 달라질 가능성을 시사한다.
이러한 맥락에서 개념 변화를 여러 측면으로 알아보기 위해, 개념 학습 과정에서 변칙 사례가 담당하는 역할을 인지적 측면(인지 갈등)과 정의적·동기적 측면(흥미)으로 구분하여 분석을 시도한 연구가 이루어졌다(강훈식 등, 2007a). 이 연구에서 변칙 사례에 의해 유발된 인지 갈등이 개념 변화에 미치는 영향은 예상보다 작았고, 반대로 변칙 사례에 의해 유발된 흥미의 영향은 상대적으로 크게 나타났다. 또한, 변칙 사례를 설명해 주는 개념의 일부를 포함하는 대안 가설을 도입했을 때, 변칙 사례에 의한 인지 갈등과, 흥미 등의 정의적·동기적 변인들의 역할을 탐색하는 연구가 강훈식 등(2007a)과 동일한 개념에 대해 진행되었다(강훈식 등, 2007b).
이 연구에서 최종 경로 모형의 χ2(13, N=208) 값은 12.04(p=.53)였고, AGFI, CFI, NFI, RMSEA 값은 각각 .97, 1.00, .97, .00으로서, 모형이 적합한 것으로 판정할 수 있었다.
개념 학습 과정에서 변칙 사례의 역할은 크게 인지적 측면과 동기적 측면으로 나누어 살펴볼 수 있다. 이 연구에서는 경로 분석 결과, 변칙 사례와 대안 가설에 의해 유발된 인지 갈등은 개념 이해도에 미치는 영향이 유의미하지 않았으나, 변칙 사례와 대안 가설에 의해 유발된 상황 흥미는 직접적으로 또는 주의집중과 노력을 매개로 개념 이해도에 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 즉, 개념 학습 과정에서 변칙 사례의 역할은 인지적 측면보다는 동기적 측면이 중요한 것으로 볼 수 있다.
또한, 변칙 사례를 설명해 주는 개념의 일부를 포함하는 대안 가설을 도입했을 때, 변칙 사례에 의한 인지 갈등과, 흥미 등의 정의적·동기적 변인들의 역할을 탐색하는 연구가 강훈식 등(2007a)과 동일한 개념에 대해 진행되었다(강훈식 등, 2007b). 이때 대안 가설이 도입되기 전보다 인지 갈등이 증가하고, 변칙 사례에 의한 인지 갈등이나 흥미가 개념 이해에 미치는 영향도 큰 것으로 나타났다.
9%의 비율을 차지했다. 재해석 반응은 0.5%와 2.4%, 판단불가 반응은 17.3%와 14.4%, 주변 신념 변화 반응은 9.6%와 14.4%, 신념 감소 반응은 9.1%와 6.3%로 나타났다. 한편, 신념 변화 반응의 비율은 11.
한편, 변칙 사례에 의해 유발된 상황 흥미가 대안 가설 제시 후의 인지 갈등에 유의미한 영향을 주는 것으로 나타났는데, 이는 변칙 사례의 인지적 효과인 인지 갈등과 동기적 효과인 상황 흥미가 어느 정도 관련이 있음을 의미한다. 이러한 결과는 개념에 대한 갈등과 호기심이 서로 밀접하게 관련되어 있다는 선행연구(Berlyne, 1960)의 주장과 유사하다.
후속연구
이는 개념의 수준이나 종류에 따라 변칙 사례의 역할이나 효과가 달라질 가능성을 시사한다. 그러나 개념의 종류에 따른 개념 변화 수업의 효과에 대한 정확한 결론을 내리기 위해서는 여러 가지 수준의 다양한 개념들을 선정한 뒤, 각 개념을 대상으로 관련 변인들의 인과 모형을 비교해 보는 반복 연구가 이루어져야 할 것이다.
따라서 개념 학습 과정에서 변칙 사례가 담당하는 역할을 인지적 요소와 동기적 요소로 구분하여 결론을 내리기 위해서는, 대안 가설을 도입한 상황에서 변칙 사례에 의해 유발된 인지 갈등이나 흥미가 개념 변화에 미치는 영향을 여러 개념을 대상으로 하여 반복적으로 조사할 필요가 있다. 이에 이 연구에서는 선행 연구에서와 다른 개념인 연소 개념을 대상으로, 변칙 사례에 의한 인지 갈등과 상황 흥미, 학습 과정에서 개념이해에 영향을 줄 수 있다고 알려진 주의집중과 노력(강훈식 등, 2007a) 및 개념 이해도를 측정했다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
상황 흥미 검사란?
상황 흥미 검사는 Melbourne Curiosity Inventory(Naylor, 1981)의 C-State form 20문항을 변칙 사례와 대안 가설을 제시한 후의 상황에 맞도록 각각 번역 수정하고, 과학 교사 2인과 과학교육 전문가 2인의 검토를 거쳐 사용했다. 이 검사는 5단계 리커트 척도로 구성되어 있다.
변칙 사례에 의해 의미 있는 인지 갈등이 유발되지 않는 경우가 있고, 인지 갈등이 개념 변화에 영향을 주지 못하거나 오히려 부정적인 영향을 주기도 한다는 결과도 보고되고 있는데 원인은 무엇인가?
그러나 변칙 사례에 의해 의미 있는 인지 갈등이 유발되지 않는 경우가 있고, 인지 갈등이 개념 변화에 영향을 주지 못하거나 오히려 부정적인 영향을 주기도 한다는 결과도 보고되고 있다(Limón, 2001). Limón(2001)은 이러한 결과가 개념 변화 연구들이 주로 학생의 인지적인 측면에만 초점을 맞추었을 뿐, 정의적·동기적·사회적 요소들은 고려하지 않았기 때문이라고 주장했다. Pintrich(1999)와 Sinatra(2005)도 개념 변화가 일어나기 위해서는 학생들이 긍정적 동기를 갖는 것이 중요하며, 개념 변화에서 인지적 요소보다는 정의적·동기적 요소가 결정적 역할을 한다고 주장했다.
변칙 사례에 대한 반응 검사는 무엇으로 구성되었는가?
변칙 사례에 대한 반응 검사는 선행연구(강훈식 등, 2007b)를 참고하여 초기 이론 제시부, 변칙 사례 제시부, 반응 조사부의 3부분으로 구성했다. 초기 이론 제시부에서는 ‘종이가 연소하면 타는 물질이 없어져 질량이 감소하듯이, 모든 물질은 연소되면서 그 물질의 일부가 없어진다’는 주장을 제시하고, 이 주장에 대한 동의 여부를 조사하여 학생들이 목표 오개념을 갖고 있는지 확인했다.
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